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Bioleaching-Technologie

Wie der Kupferabbau grün werden könnte

Ein sehr altes Verfahren zur Kupfergewinnung benötigt wesentlich weniger Wasser und Energie als bisherige Technologien. So funktioniert Bioleaching.

Ob im Schiffsbau, für Rohrleitungen, Schmuck, Musikinstrumente oder Strom leitende Bauteile – der weltweite Kupferbedarf ist gewaltig. Wo und wie es produziert wird, war viele Jahre für den Endverbraucher nicht groß von Interesse. Sehr zur Freude der Kupferminenbetreiber, von denen die größten in Südamerika, genauer gesagt in Chile stationiert sind. Laut dem Deutschen Kupferinstitut Copper Alliance ist die derzeit größte Kupfererztagebau die Escondida Mine in Chile, die bis zu 180.000 t Kathodenkupfer pro Jahr produzieren kann. Süd- und Nordamerika gewinnen dreimal mehr Kupfer, als sie selbst benötigen. Mit Europa verhält es sich hingegen genau andersherum. Hier ist der Bedarf dreimal höher als die Gewinnung. Da wundert es nicht, dass die Hälfte der Staatseinnahmen Chiles von der Kupferindustrie generiert werden.

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Ate, Wiesinger
Kupfer ist heutzutage aus der modernen Welt nicht mehr wegzudenken.

Allerdings gehen die großen Kupfervorkommen im Tagebau auch im sonnigen Chile über kurz oder lang zurück. Zugleich wandelt sich weltweit das Umweltbewusstsein. Abgesehen von den beim Abbau verwendeten Chemikalien gibt es noch weitere Fakten, die nachdenklich stimmen. Die Produktion ist unterm Strich ein Desaster für die Umwelt.

Da wären der unvorstellbar hohe Wasserverbrauch einer bis zu einem Kilometer tiefen Kupfermine. Alle chilenischen Kupferminen zusammen benötigen pro Sekunde 12.300 Liter Frisch- und 6.100 Liter Meerwasser (Vorhersage für das Jahr 2028: 11.500 Liter Frisch- und 11.200 Liter Salzwasser / alle 110 Sekunden ein olympisches 50 m-Sportbecken), da die Anreicherung der Kupfererze durch Flotation (Schwimmaufbereitung) stattfindet. Die Copper Alliance erklärt dazu: „Dabei werden die zermahlenen Erze mit Wasser verrührt. Metallsulfide und Metalloxide stoßen Wasser ab, während die Gesteine der Gangart (Quarz, Silicate) leicht benetzt werden. Durch Zugabe eines Schaums werden die schweren Erzteilchen an die Wasseroberfläche transportiert und können abgeschöpft werden.“

Hinzu kommen 5.000 Liter Dieselverbrauch pro Tag pro Lkw und der Stromverbrauch der gewaltigen Steinmühlen einer Mine, mit dem eine 400.000 Einwohner zählende Großstadt auskommen würde. Der Strom kommt vorzugsweise aus Kohlekraftwerken. Reichlich Gründe also, um sich nach einer alternativen Zukunftstechnologie umzuschauen.

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Liebherr
Rund 5.000 Liter Diesel verbrauchen die gewaltigen Muldenkipper in Kupferminen - am Tag.

25 Prozent des Kupfers werden heute schon mit Bioleaching gewonnen

An dieser Stelle kommt die mikrobielle Laugung, kurz Bioleaching ins Spiel. Eine Technologie, die seit Jahrhunderten bekannt ist und heutzutage bereits bei rund 25 Prozent der weltweiten Kupfergewinnung in Form von Haufen- oder Haldenbiolaugung genutzt wird. Aus einem anfänglich unkontrollierten Kupfer-Leaching aus aufgeschütteten Halden hat sich ein rentabler Biomining-Zweig entwickelt. Doch wie funktioniert dieses Bioleaching überhaupt?

Einfach gesagt nutzt diese Biohydrometallurgie den Stoffwechsel von Mikroorganismen (die aus dem Meer gewonnen und im Labor vermehrt werden können), um im Rahmen der Gewinnung von Metallen Minerale aufzulösen und die Metalle wiederum in wässrige Lösung zu bringen. Unter den Bakterien befinden sich laut der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) vor allem die Schwefelbakterien Acidithiobacillus ferrooxidans (Sulfid-, Schwefel- und Eisen-oxidierend) und Acidithiobacillus thiooxidans (Sulfid- und Schwefel-oxidierend). In der Praxis werden aufgeschüttete Halden oder -Haufen von Armerz (Erze mit geringem Metallgehalt) von oben mit Wasser und Schwefelsäure besprüht. Der Stoffwechsel innerhalb dieser Aufschüttungen sorgt dafür, dass unlösliche Wertmetallerze in eine lösliche Form umgewandelt und am unteren Ende ausgeschwemmt werden. Die in Kanälen aufgefangenen Flüssigkeiten werden gefiltert, aufbereitet und dem Haufen wieder zugeführt.

Die Vorteile des Bioleaching gegenüber konventioneller Metallgewinnung sind laut der Veröffentlichung von Wolfgang Dott und Sabrina Michael (Möglichkeiten und Grenzen von Bioleaching- und Bioakkumulationsverfahren für die Rückgewinnung von Metallen und Phosphoreine) eine einfache Handhabe und keine Emissionen von CO2 aufgrund eines geringen Energieaufwands und der Tatsache, dass Mikroorganismen CO2 fixieren. Gleichzeitig verläuft die Laugung bei niedrigen Temperaturen und atmospährischem Druck und benötigt keinerlei Zugabe von teuren Chemikalien. Nachteil dieser enormen Lagerstätten sind riesige Mengen an Abraum und somit die Gefahr von sauren Grubenwässern (acid mine drainage). Die wichtigsten Voraussetzungen sind für Bioleaching sind ein schwefelhaltiges Ursprungsgestein und eine extrem säurehaltige Umgebung. Gründe, warum diese Technik aktuell noch nicht für Europa geeignet ist. Was aktuell noch unter freiem Himmel passiert, soll in Zukunft in einem abgeschlossenen System und somit auch im Kreislauf durchgeführt werden können.

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392.000 Solarplatten für umweltschonende Stromerzeugung

Wäre da noch das Stromproblem. Doch auch hierfür befindet sich eine Lösung bereits im Bau. Das Projekt Ceroo Dominador ist ein Sonnenwärmekraftwerk, ähnlich dem Ivanpah Solar Electric Generating System in Kalifornien und soll 210 Megawatt im Jahr produzieren. Der genaue Standort befindet sich in Maria Elena nahe Calame in der Antofagasta Region, einer Gegend mit der stärksten Sonneneinstrahlung der Welt. Die CO2-Einsparung soll sich auf 870.000 Tonnen pro Jahr belaufen.

Ivanpah Solar Electric Generating System
Marcel Sommer
Das Ivanpah Solar Electric Generating System in Kalifornien ging am 13. Februar 2014 ans Netz.

10.600 Spiegel mit insgesamt 392.000 Solarplatten reflektieren das Sonnenlicht auf einen mit einer Salzmischung gefüllten Kollektor in 240 Metern Höhe. Die auf 565 Grad Celsius erhitzte Mischung erhitzt wiederum Wasser, das eine Dampfturbine antreibt. Auf diese Art und Weise soll eine Stromerzeugung rund um die Uhr gewährleistet sein. Ein großes Problem dieser Anlage ist die von ihr ausgehende Gefahr für die Vogelwelt. So sind bei einer monatelangen Testphase des Ivanpah Solar Projects dutzende Vögel gestorben. Zum Teil sollen sie beim Durchfliegen der gebündelten Sonnenstrahlen zu Tode gekommen sein.

Fazit

Die sorglosen Zeiten, in denen Rohstoffe ohne Sicht auf die späteren Umweltfolgen gewonnen wurden, sind vorüber – zum Glück. Die ersten großen Unternehmen haben begriffen, dass kurzfristiger Profit nicht alles ist und schwenken auf langfristige, umweltschonende Projekt um. Leider noch nicht alle.

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